En la actualidad la concentración de sólidos tiene un promedio de 43 % en la pulpa cruda y en la precalentada de un 40 %; con la propuesta de optimización se logran alcanzar promedios de 45 y 46 % de la cruda y 43 y 44 % de la pulpa precalentada. El hecho de que se logre transportar de 2-3 % de sólidos o más, incrementa la producción en no menos de 1000-1500t de Ni+Co/año y es el mayor aporte de esta investigación, además de que disminuyen los
índices de vapor/mineral en un 5 %; fuel/Ni+Co en un 4 %; electricidad consumida del SEN MW/Ni+Co en un 12 % y el vapor total en un 3 %.
En la práctica actual para alimentar la pulpa a alta presión a las autoclaves se usan las bombas de diafragma de desplazamiento positivo. El diseño de estas bombas disponibles actualmente tiene un máximo de temperatura a la que pueden operar, lo que constituye un serio problema para los nuevos proyectos al afectar la temperatura alcanzable en el precalentamiento y la eficiencia energética de todo el sistema de lixiviación. La temperatura límite de operación de las bombas de desplazamiento positivo ha sido reportada en 200 °C. Cuando el Proyecto contempla un sistema de flasheo multi-etapa, ese límite no permite un buen aprovechamiento de la energía disponible en el sistema. Una alternativa sería usar bombas centrífugas, las cuales pueden operar a temperaturas mayores de 200°C como lo hace con éxito la industria de aluminio (Aluminum Corporation, 2015).
Una gran parte de los gastos capitales durante el hidrotransporte lo constituyen los gastos de energía eléctrica, su economía es una de las direcciones estratégicas de la producción en la actual etapa. Una correcta selección y organización en la explotación del equipamiento de bombeo en régimen económico permite el ahorro de la energía eléctrica y aumentar la efectividad del transporte hidráulico y los problemas que esta puede causarle al medio circundante (Hernández, 2017b).
El costo de bombeo de la instalación (ecuación 1.1) de hidromezclas lateríticas con la propuesta de optimización, si se considera que el tiempo de trabajo en el año es de 8640 horas y la tarifa eléctrica es de 0,31 ctvos kWh, se muestra en la Tabla 3.29. Como se puede apreciar, el consumo de energía, en un año para las ocho variantes de optimización, tiene muy poca diferencia, lo que hace factible la utilización de las mismas, la variante de Menor Dispersión de Velocidades tiene mayor consumo y costo de bombeo.
Tabla 3.29. Análisis de costo de bombeo de pulpa cruda Funciones Objetivos Consumo de energía eléctrica en un año, MWh/año Costo de bombeo ante de la optimización, CUC/año Costo de bombeo después de la optimización, CUC/año
Menor Suma de Potencias 3,17 799 342,98 266 447,66
Mayor Promedio de Eficiencia 3,27 809 059,74 269 686,58
Menor dispersión de flujo 3,83 821 949,78 273 983,26
Menor Dispersión de
Velocidades 4,18 108 6473,67 362 157,89
Menor Dispersión de Potencias 3,73 845 028,81 281 676,27
Menor Dispersión de Flujo y
Menor Suma de Potencia 3,79 815 618,52 271 872,84
Menor dispersión de flujo y
Mayor promedio de Eficiencia 3,85 823 895,37 274 631,79
Menor Promedio de Eficiencia
y Menor Dispersión de Flujo 3,25 806 080,905 268 693,635
Si consideramos que el sistema de bombeo de pulpa precalentada en las condiciones actuales de operación consume un promedio de 19 kW en las bombas centrífugas B2 y las bombas volumétricas B3 que usan motor consumen 250 kW, al tener en cuenta las nuevas condiciones de optimización, se puede obtener un ahorro que se muestra en la Tabla 3.30.
Tabla 3.30. Ahorro por disminución del costo de bombeo
Bombas Costo de bombeo antes de la
optimización, CUC/año
Costo de bombeo después de la optimización, CUC/año
Bombas centrífugas 14 764,68 4 921,56
Bombas volumétricas 313 87,5 10 462,5
Para proyectar y explotar con efectividad el equipamiento de las instalaciones de hidrotransporte es necesario la selección correcta del equipamiento de bombeo para las condiciones concretas de explotación, determinación y análisis del régimen de trabajo de las bombas en correspondencia con los requerimientos exigidos y, al considerar mínimos los gastos de energía eléctrica, influyen en los indicadores técnico-económicos.
En la Tabla 3.31, se refleja la desproporción de caudal entregado por bombas idénticas que operan a velocidades de giro similares con una diferencia de 3 % de concentración de sólidos.
Tabla 3.31. Comparación del funcionamiento de las bombas Condiciones de
funcionamiento Bomba centrífugas B1 Bomba centrífugas B1
Concentración de sólidos, % 44 41
Caudal, m3/h 72 187
Velocidad, r/min 891 879
Corriente de trabajo, A 150 122
Bajo estas condiciones de funcionamiento ninguna de las dos bombas podrá alcanzar su caudal de diseño máximo de 454 m3/h para estas velocidades. Sin embargo, la medición del motor constató que este se encontraba trabajando aproximadamente al 50 % de su capacidad. El fabricante de la bomba recomienda en la hoja de datos que el motor para este tipo de bomba sea de 110 kW, el instalado actualmente es de 160 kW, lo que demuestra un bajo coeficiente de carga y un incremento de pérdidas de energía.
Para un 44 % de sólido y 891 r/min, la bomba necesita 6 h 15 min para bombear el caudal de diseño de 454 m3/h, equivalente a un consumo de 565,8 kWh, y para un 41 % de sólido y 873 r/min, la bomba requiere 2 h 10 min aproximadamente, para un consumo de 173,2 kWh. El consumo para un 44 % de sólido es tres veces mayor que para un 41 %.
Tabla 3.32. Comparación del incremento del tiempo de bombeo y el consumo Condiciones de
funcionamiento Bomba centrífugas B1 Bomba centrífugas B1
Concentración de sólidos, % 44 41
Caudal, m3/h 454 454
Velocidad, r/min 891 879
Tiempo de bombeo, horas 06 h 15 02 h 10
Consumo, kWh 565,8 173,2
El costo de bombeo en que se incurre al transportar el fluido con una variación del 3 % de sólido, sin regular la velocidad de giro y la potencia, asciende a 219 040 CUC/año.
3.6 Análisis Medioambiental
En las aplicaciones industriales, se estima que solamente en el accionamiento de bombas, ventiladores, compresores y aplicaciones de tracción mecánica, los motores de inducción consumen cerca del 70 % de la energía eléctrica. Este consumo se calculó en unos 6000 TWh en el 2015, y su aporte a la emisión de CO2 es aproximadamente 4500 Mt, que constituye el 16 % de todas las emisiones relacionadas con la energía. Si se considera que para generar un kWh se emiten 219,31 libras de CO2 a la atmósfera (Viego, 2010), se estima que con la propuesta de optimización se ahorran hasta 30 MWh/año y se dejan de emitir 0,06 t/año de CO2.
Los sistemas de hidrotransporte de pulpa como servicio de potencia mecánica son regulados bajo requerimientos ambientales y se materializan a través de un programa de mantenimiento preventivo planificado por la empresa encargada de restaurar los cambios defectuosos de tuberías y soportes del sistema, los cuales evitan procesos de derrame y como consecuencia, contaminación del medio ambiente. En la Planta de Espesadores de pulpa se construyó un pozo colector, y se instaló una bomba cuya función es recoger los desechos líquidos y reincorporarlos al sistema. Se ha comprobado que la pulpa se sedimenta en la tubería hasta llegar a obstruirla, con una mayor carga de bombeo debido al aumento de la diferencia de presión. Cuando la bomba comienza a perder eficiencia por esta causa, se cambia de línea y se realiza la limpieza de la que se encontraba en operación, así se genera una gran cantidad de agua con sólidos suspendidos, cualquier vertimiento de las suspensiones de laterita, generadas en el proceso, constituye una contaminación por sólidos en suspensión y metales pesados al Río Moa.
Conclusiones parciales
1. Los modelos matemáticos de los parámetros reológicos de las hidromezclas lateríticas cruda y precalentada:
= -1,8231510 - 0,0245581 s+ 0,0757792 %S - 0,0124297 t+ 0,0077888 Nrmin
= -7,5155524 -12,5114987 s+ 2,0090722 %S - 0,4978136 t + 5,5938357 Nrmin
K = -7,7626341 - 0,5617544 s+ 0,4372325 %S - 0,1077145 t+ 0,3126353 Nrmin
n = 0,4832387 + 0,0416324 s+ 0,0007904 %S+ 0,0022183 t - 0,0262450 Nrmin
En función de los factores temperatura, contenido de sólidos y composición química y granulométrica que permiten resolver las ecuaciones que describen el comportamiento de las curvas características carga – descarga de las redes y de las bombas.
2. Se obtienen modelos matemáticos de parámetros energéticos que determinan la productividad del sistema de bombeo de hidromezclas lateríticas cruda y precalentada como flujos, cargas, pérdidas hidráulicas, potencia y eficiencia en función de los parámetros reológicos de los fluidos que transportan.
3. Mediante un diagnóstico de la operación en las instalaciones analizadas se fundamentó la aseveración de que en la actualidad la capacidad de bombeo está reducida al no tomarse en cuenta los puntos de máxima eficiencia de las bombas instaladas.
4. A partir de simulaciones y pronósticos facilitados por la aplicación informática se fundamentó que los resultados obtenidos tienen utilidad práctica para la toma de decisiones tecnológicas que generen impacto económico y ambiental positivo.
a
0
CONCLUSIONES GENERALES
1. Se obtuvieron y evaluaron los modelos matemáticos de los parámetros reológicos de las hidromezclas lateríticas y de los parámetros energéticos de los sistemas de bombeo estudiados en función de los factores: concentración de sólidos, la temperatura, la composición química y granulométrica. Para las características variables de los factores señalados, el conocimiento de estos modelos constituyen la base del conocimiento para garantizar los caudales requeridos en regímenes de operación energéticamente óptimos de la Planta de Lixiviación.
2. A partir de las variantes de optimización de la operación del sistema de bombeo de pulpas lateríticas cruda y precalentada, es posible aumentar en no menos de 2 % el transporte de sólidos cuando se tienen en cuenta las características reológicas de la pulpa, con un incremento promedio en la producción entre 1000-1500 t de Ni+Co/año y un ahorro de energía eléctrica de 30 MWh/año.
3. La obtención de un modelo del coeficiente de corrección como función de la concentración, la temperatura y el número de mineral de la pulpa permite la implementación de correcciones para las características operacionales de las bombas centrífugas cuando trasiegan fluidos viscosos de naturaleza no newtoniana. Estas modificaciones aumentan las posibilidades de análisis y selección de equipos de bombeo que transportan pulpas.
4. Queda establecida la utilidad de convertir los problemas continuos de optimización energética en problema de optimización combinatoria que permite aplicar con eficacia y eficiencia el procedimiento de Doble Búsqueda Discreta para el sistema de bombeo de pulpas crudas y Búsqueda Total Discreta para el sistema de bombeo de pulpas precalentadas.
RECOMENDACIONES
1. Profundizar en el estudio de la relación entre la roca madre, la mena y el comportamiento industrial de la misma, para determinar las regularidades existentes entre la mineralización resultante de las litologías del basamento y el comportamiento de los parámetros industriales en yacimientos de la empresa.
2. Establecer e implementar un sistema de toma de decisiones a partir de los resultados de la presente investigación, para la operación eficiente en:
a. Los tanques espesadores de pulpa b. Los pre-calentadores de pulpa c. Los calentadores de pulpa.
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